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中国古代五大天文学家 ---石申

 公元2012 2019-04-04

月球背面的环形山,都是用已故的世界著名科学家的名字命名的。以中国科学家命名的环形山共有5座,其中有一座就是以战国时代魏国天文学家石申命名的。

关于石申的生平事迹,史书记载极为有限。从现有史料来看,石申又名石申夫,生卒年代不详,大约生活在公元前4世纪。他著有《天文》8卷。后人把这部著作与当时另一位天文学家甘德的著作《天文星占》合起来,称为《甘石星经》,是世界上最早的天文学著作。

石申是战国时代中期著名的天文学家。他经过长期观测,曾系统地观察了五大行星运行的规律,测定121颗恒星方位,测出恒星138座,810个。他不但编制了世界上最古老的星表,而且在四分历、岁星纪年、行星运动、天象观测和中国古代的占星理论等方面,都做出了重要的贡献。

一、占卜星象,探寻奥秘

群星闪烁的天空绚丽而神秘。从古自今,人类不断探寻星空的奥秘,内心总是充满虔敬。古人甚至把日月星辰奉为神明,希望能够通过星象的变化预测人间的祸福。

天文学是我国古代最为发达的自然科学之一,文献数量可与数学并列,仅次于农学和医学。但“天文”最初却是“数术”的一种,主要用来推测“吉凶”。它既包括星象的分布和运行,又包括对云气的观察,更包括“星气之占”。古代占星家为了通过天象的变化来占卜人间的吉凶祸福,将天上的星空区域与地上的国家相对应,常常根据星辰位置的移动来判断战争的胜负。因此,人们对星象年复一年地进行着长期观测,天文学才渐渐发展起来。

春秋战国时期,以“天”为直接对象的学派有两个,一个叫“占候家”,一个叫“星象家”。占候,就是以天地气象的变化预测人间祸福,云气、风势、日色、虹挂、雾象、电光、雷声、海潮、月晕、尘土、阴霾等,都是占候家观测玄机的对象。星象家也叫占星家,就是以天上星辰的变化,预测人事国运的学问家。石申是魏国的星象家,他通过观测星象的变化预测天意,告诉国王是战是和,顺天行事。

石申所研习的学问,与巫师占卜、阴阳五行、堪舆之术等神秘流派有着极大的不同。他是“究天人之际”的渊深学派,也是人世体察天机的异能之士。自夏商周三代开始,国王通常有两个固定的官身预测家,一个是卦卜的巫师,另一个就是占星的星象家。而诸如阴阳家、堪舆家等,则极少有朝臣资格。两者相比,卜卦较为流行易懂,尤其在周文王演绎八卦和孔子撰写爻辞之后,普通的读书人对卜卦都能有所了解,卦卜的心理威慑和影响力也就日渐减弱了。相反,星象家却始终保持着曲高和寡的神秘,等闲学问家根本无法窥知其中的奥秘。正因为星象是如此的深奥,又如此难以为常人所掌握,所以星象家常常出言成谶,化成神秘的预言。

二、观测星空,著书立说

从远古时代起,夏商周历代都有星象家辅佐王室。进入春秋战国时代,也有不少观测星宿运行的占星家。他们不仅为各国诸侯占卜吉凶,而且还纷纷通过观测和研究著书立说,试图对宇宙万事万物作出解释。其中,对后世影响最大的,一个是齐国的甘德,另一个就是魏国的石申。他们的著作合称《甘石星经》,是世界上最早的天文学著作。

《甘石星经》其实并非由甘德和石申合作完成。他们各自观测天象,各自写出著作。甘德的著作名为《天文星占》,石申的著作名为《天文》,都是8卷。他们的书虽然以占星术为主要内容,但其中也包含着关于行星运行和恒星位置的许多知识,对于天文研究有很高科学有价值。后人就把这两部著作合起来,称为《甘石星经》。

《甘石星经》详细记载了五大行星的运行情况及出没规律,还记录了800多颗恒星的名字,其中121颗恒星被测定了方位。后人把甘德和石申测定恒星的记录称之为“甘石星表”,它是世界上最早的恒星表,比希腊天文学家测编的欧洲第一个恒星表大约早200年。

近代的天文学家通常把星宿划分成若干区域,称之为星座。其实,在我国古代,天文学家也有类似的划分。他们把天空中的星星划分出区域,称之为二十八宿。据《开元占经》记载,包括二十八宿在内,属于石申区划的星宿就有120个,计星815颗。二十八宿是我国最早的天文座标图,五大行星的运行,彗星、新星、流星的出现,都可以在这个座标图上标定出方位来。根据恒星的方位,又可以比较准确地推算出一年中的重要季节的到来。

 

三、完善历法,星月纪年

由于年代久远,有关石申的生平已很难查考。他活动的年代在公元前四世纪中期,当时魏国已经由盛转衰,秦国渐渐成为最强大的国家。在他的著作中能够看到当时战乱相寻的形势,记录着为政治事件占验的各种说法。

战国时期,诸侯各国都在国君即位之初改变年号,导致各国纪年不统一,不利于各国之间的交流。后来,有人创立了四分历,又设计出只与天象相联系,而与社会变迁无关的纪年方法,这就是岁星纪年法。石申在魏国颁行四分历,使用干支纪日法循环纪日,使用岁星纪年法循环纪年,对发展完善四分历和岁星纪年法起到了重要的作用。

“四分历”是我国古代历法的一种。因为采用这种方法计年,每年要余四分之一日,所以称“四分历”。四分历的问世,标志我国历法已经进入了相当成熟的时期。战国时代是创立四分历并使之完善和系统化的时代。石申在四分历发展过程中起到了相当重要的作用。他有推算五星出没动态的方法,并已涉及火星、金星逆行的计算。他在魏国颁行推行四分历,使用每年365+1/4日,每月29+499/940日,十九年七闰,七十六年季节一循环的法则。其基本数据和格局与《史记·历书》类似,故各种文献都略而不载。

“岁星纪年法”,就是根据岁星在天体中运行的规律用来纪年的方法。岁星就是太阳系行星中的木星,围绕太阳的公转周期为11.8622年。以地球为观测点,以相对不动的恒星为背景来观测岁星在天空的视运动,正好约十二年绕天一周。岁星每年要行经一个特定的星空区域。每一星空区域都有一个特定的名称,共有十二个这样的星空区域。岁星在哪个区域,就用哪个区域的名称纪年,十二年循环一次,周而复始。石申的岁星纪年法独树一帜,甚至能预测以12年为周期的冶、乱、丰、欠、水、旱等。

 

四、勤奋观测,发现惊人

石申勤于对天空中的恒星作长期细致的观测,建立了全天恒星区划命名系统,对全天恒星的分布位置等予以定性的描述。除对恒星的观测取得巨大的成就外,他对行星运动的研究,也是具有划时代意义的。他推算出木星的回合周期为400天整,比准确数值398.88天差1.12天;还识到木星运动有快有慢,经常偏离黄道南北。他推算出水星的回合周期是136日,比实际数值115日误差了21日,基本掌握了水星的运行规律。他还首先发现了火星的逆行现象,推算出火星行度周期为410度780日,接近于实际日期。

石申对木星的观测尤为精细,观测到了木星的最后的卫星木卫二。而对于木星的卫星的发现,近代是在十七世纪初望远镜发明之后,由意大利大科学家仰利略于1610年用它观测木星时才发现的,比他晚近两千年,

石申和他的门徒长期观测星空,取得了许多重要的天文发现。他不仅测制了世界上最早的星表,第一次建立起完整的坐标概念,也是黄赤交角数据的最早测定者。他掌握了推算行星出没动态的方法,发现行星逆行现象,首先观测到太阳日珥,首次发现日冕,最早留下了有关太阳黑子的纪录。他还发现了月亮运动有迟疾的变化和偏离黄道的运动,最早对彗星进行分类,最早记载下日食、月食是天体相互掩食的现象。他最早对恒星进行系统的观测,比欧洲的阿里斯拉鲁斯与铁木查理斯还早60余年。

在没有精密仪器可用,仅肉眼观测的情况下,能有如此之多的惊人发现,实在有些不可思议。这些发现也许并不全是石申本人所测,而是他所创始的天文学派在长达数百年间长期观测的结果。但是即便如此,也不妨碍石申的伟大,他对于早期天文学的贡献是十分突出的。

战国时期,各诸国出于各自农业生产和战争、星占等的需要,都十分重视天文的观测记录和研究。各国都有掌握天文的官员,他们根据天象的变化对国提出解释。他们观测研究天象,测算星辰日月的运行,观测气候,并以此定方位,分四时,定节气,记时日,修著帝王年谱。

石申是天文学家,也是占星家,当时天文学与占星学本来就是一体的。与其他占星家相比,石申的天文学贡献无疑是最大的,在世界天文史上有着特殊的地位。正因为他对天文学有杰出的贡献。所以他的名字登上了月球。

《石氏星经》,古代汉族天文学著作。由战国时代魏国天文学家石申(一名石申夫)所著。据南朝时代梁阮孝绪的《七录》说﹐石申著《天文》八卷﹐这大概是石申著作的本名﹐大约在西汉以后才被尊称为《石氏星经》。

他们的书都冠有“石氏”字样﹐如﹕《石氏星经簿云》等。《石氏星经》原著和石氏学派其他著作都已失传。不过﹐在唐《开元占经》中有大量节录。其中最重要的是标有“石氏曰”的 121颗恒星的坐标位置(今本《开元占经》中佚失 6个星官的记载)。计算表明﹐其中一部分坐标值(如﹕石氏中﹑外星官的去极度和黄道内﹑外度等)可能是汉代所测。另一部分(如二十八宿距度等)则确与公元前四世纪﹐即石申的时代相合(见三垣二十八宿)。自三国时代吴太史令陈卓总合石氏﹑甘氏﹑巫咸三家星官成283官﹑1﹐464星的星座体系后﹐出现了综合三家星官的占星著作﹐其中有一种称为《星经》或《通占大象历星经》。”因此﹐自宋以后又称它《甘石星经》。但该书中有唐代的地名﹐而且有巫咸这一家的星官。因此﹐它与战国﹑两汉时代所流传的《石氏星经》完全是两回事。

甘德

甘德,战国时齐国人(一说楚国或鲁国)。生卒年不详,大约生活于公元前4世纪中期。先秦时期著名的天文学家,是世界上最古老星表的编制者和木卫三的最早发现者。他著有《天文星占》8卷、《岁星经》等。后人把他与石申各自写出的天文学著作结合起来,称为《甘石星经》,是现存世界上最早的天文学著作。这些著作的内容多已失传,仅有部分文字为《唐开元占经》等典籍引录,从中可以窥知甘德在恒星区划命名、行星观测与研究等方面有所贡献。甘德还以占星家闻名,是在当时和对后世都产生重大影响的甘氏占星流派的创始人,他的天文学贡献同其占星活动是相辅相成的。

张衡

《灵宪》是张衡有关天文学的一篇代表作,全面体现了张衡在天文学上的成就和发展。原文被《后汉书·天文志》刘昭注所征引而传世。文中介绍的天文学要点如下:张衡认为宇宙是无限的,天体的运行是有规律的;月光是日光的反射,月蚀起因于地遮日光,月绕地行且有升降。他认识到太阳运行(应是地球公转)的某些规律,正确解释了冬季夜长、夏季夜短和春分、秋分昼夜等时的起因。他指出在中原可以见到的星有2500个,与今人所知略近。他经过对某些天体运转情况的观测,得出一周天为三百六十五度又四分度之一的结论,与近世所测地球绕日一周历时365天5小时48分46秒的数值相差无几。

郭守敬

郭守敬(1231年-1316年),字若思,汉族,顺德府邢台县(今河北邢台市邢台县)人。元朝著名的天文学家、数学家、水利工程专家 。早年师从刘秉忠、张文谦,官至太史令、昭文馆大学士、知太史院事,世称'郭太史'。元仁宗延佑三年(1316年),郭守敬逝世,享年八十六岁。著有《推步》、《立成》等十四种天文历法著作。郭守敬在天文、历法、水利和数学等方面都取得了卓越的成就。 他自至元十三年(1276年)起,奉命修订新历法,历时四年,制订出了通行三百六十多年的《授时历》,成为当时世界上最先进的一种历法。为修订历法,郭守敬还改制、发明了简仪、高表等十二种新仪器。

祖冲之

祖冲之(429-500),字文远。出生于建康(今南京),祖籍范阳郡遒县(今河北涞水县),中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家。祖冲之一生钻研自然科学,其主要贡献在数学、天文历法和机械制造三方面。他在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上,首次将'圆周率'精算到小数第七位,即在3.1415926和3.1415927之间,他提出的'祖率'对数学的研究有重大贡献。直到16世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一纪录。由他撰写的《大明历》是当时最科学最进步的历法,对后世的天文研究提供了正确的方法。其主要著作有《安边论》《缀术》《述异记》《历议》等。

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